Hinweise aus tiefen Magma-Reservoirs könnten die Vorhersage von Vulkanausbrüchen verbessern

Neue Forschungen zu geschmolzenem Gestein 20 km unter der Erdoberfläche könnten dazu beitragen, Leben zu retten, indem sie die Vorhersage vulkanischer Aktivität verbessern.

Vulkanausbrüche stellen erhebliche Risiken dar und haben verheerende Auswirkungen auf die umliegenden Menschen und die Umwelt. Sie werden derzeit auf der Grundlage der Aktivität des Vulkans selbst und der oberen paar Kilometer der Kruste darunter vorhergesagt, die möglicherweise ausbruchsbereites geschmolzenes Gestein enthält.

Neue Forschungsergebnisse unterstreichen jedoch, wie wichtig es ist, viel tiefer in der Erdkruste nach Hinweisen zu suchen, wo Gesteine ​​zunächst zu Magma geschmolzen werden, bevor sie in Kammern näher an der Oberfläche aufsteigen.

Um das Innenleben der explosivsten Phänomene unseres Planeten zu verstehen, haben Forscher des Imperial College London und der Universität Bristol tief gegraben, um Aufschluss über die Häufigkeit, Zusammensetzung und das Ausmaß von Vulkanausbrüchen auf der Welt zu geben.

Ihre Ergebnisse legen nahe, dass die Größe und Häufigkeit der Eruptionen eng mit der Zeit zusammenhängt, die benötigt wird, bis sich in diesen tiefen Reservoiren unter der Erdkruste, auch in Tiefen von bis zu 20 Kilometern, extrem heißes, geschmolzenes Gestein, sogenanntes Magma, bildet wie die Größe dieser Tanks.

Die Forscher glauben, dass die Ergebnisse, veröffentlicht in Wissenschaftler machen Fortschritte, wird es ihnen ermöglichen, Vulkanausbrüche genauer vorherzusagen und so Gemeinschaften von Menschen zu schützen und zur Minderung von Umweltrisiken beizutragen.

Studieren Sie Vulkane auf der ganzen Welt

Die von Forschern des Imperial Department of Earth Science and Engineering geleitete Studie untersuchte Daten von 60 der explosivsten Vulkanausbrüche in neun Ländern: den Vereinigten Staaten, Neuseeland, Japan, Russland, Argentinien, Chile, Nicaragua und El Salvador. und Indonesien.

Studienautorin Dr. Catherine Booth, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung für Geowissenschaften und Ingenieurwissenschaften am Imperial College London, sagte: „Wir haben Vulkane auf der ganzen Welt untersucht und tiefer gegraben als frühere Studien, die sich auf flache unterirdische Kammern konzentrierten, in denen Magma vor Ausbrüchen gespeichert wird.“ Wir konzentrierten uns darauf, die Magmaquellen-Reservoirs tief unter unseren Füßen zu verstehen, wo extreme Hitze festes Gestein in Tiefen von etwa 10 bis 20 Kilometern zu Magma schmilzt.

Das Team kombinierte reale Daten mit fortschrittlichen Computermodellen. Sie untersuchten die Zusammensetzung, Struktur und Geschichte von Gesteinen tief unter der Erdkruste sowie Informationen von aktiven Vulkanen, um zu verstehen, wie sich Magma in der Tiefe ansammelt und verhält und schließlich durch die Erdkruste zu Vulkanen aufsteigt.

Mithilfe dieser Informationen erstellten die Forscher Computersimulationen, die die komplexen Prozesse des Magmaflusses und der Magmaspeicherung tief im Erdinneren nachahmen. Durch diese Simulationen gewann das Team neue Erkenntnisse über die Faktoren, die Vulkanausbrüchen zugrunde liegen.

Identifizieren Sie die wichtigsten Blowout-Kontrollen

„Im Gegensatz zu früheren Annahmen legt unsere Studie nahe, dass der Auftrieb von Magma und nicht der Anteil von festem und geschmolzenem Gestein die Ursache für Eruptionen ist“, sagte Dr. Booth.

„Der Auftrieb von Magma wird durch seine Temperatur und chemische Zusammensetzung im Verhältnis zum umgebenden Gestein gesteuert. Während sich Magma aufbaut, ändert sich seine Zusammensetzung, um es weniger dicht zu machen, es „auftriebsfähiger“ zu machen und ihm das Schweben zu ermöglichen.

„Sobald das Magma schwimmfähig genug ist, steigt es auf und erzeugt Brüche im darüber liegenden festen Gestein, dann fließt es sehr schnell durch diese Brüche und verursacht eine Eruption.“

Die Forscher identifizierten nicht nur den Magma-Auftrieb als wichtigen Auslöser für Eruptionen, sondern untersuchten auch, wie sich Magma verhält, wenn es unmittelbar vor dem Ausbruch flachere unterirdische Kammern erreicht. Sie fanden heraus, dass die Länge der Lagerung von Magma in diesen flacheren Kammern auch einen Einfluss auf Vulkanausbrüche haben könnte, wobei längere Lagerungszeiten zu kleineren Ausbrüchen führten.

Obwohl zu erwarten ist, dass größere Reservoirs größere, explosivere Eruptionen befeuern, zeigten die Ergebnisse auch, dass sehr große Reservoirs Wärme verteilen und so den Prozess des Schmelzens fester Gesteine ​​durch Magma verlangsamen. Dies führte die Forscher zu dem Schluss, dass die Reservoirgröße ein weiterer Schlüsselfaktor für die genaue Vorhersage der Größe von Eruptionen ist und dass es eine optimale Größe für die explosivsten Eruptionen gibt.

Die Ergebnisse verdeutlichen auch, dass Ausbrüche selten isoliert auftreten und vielmehr Teil eines sich wiederholenden Zyklus sind. Darüber hinaus war das von den untersuchten Vulkanen freigesetzte Magma reich an Kieselsäure, einer natürlichen Verbindung, die bekanntermaßen eine Rolle bei der Bestimmung der Viskosität und Explosivität von Magma spielt, wobei Magma mit hohem Kieselsäuregehalt tendenziell viskoser ist und zu explosiveren Eruptionen führt.

Nächste Schritte

Co-Autor Professor Matt Jackson, Lehrstuhlinhaber für geologische Fluiddynamik am Department of Earth Science and Engineering des Imperial College London, sagte: „Indem wir unser Verständnis der Prozesse verbessern, die der vulkanischen Aktivität zugrunde liegen, und Modelle bereitstellen, die Aufschluss über die steuernden Faktoren geben.“ Eruptionen stellt unsere Studie einen entscheidenden Schritt hin zu einer besseren Überwachung und Vorhersage dieser gewaltigen geologischen Ereignisse dar.

„Unsere Studie hatte einige Einschränkungen: Unser Modell konzentrierte sich darauf, wie Magma nach oben fließt, und die Quellreservoirs in unserem Modell enthielten nur geschmolzene Gesteine ​​und Kristalle. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass in diesen Reservoirs auch andere Flüssigkeiten wie Wasser und Kohlendioxid gefunden werden.“ , und dieses Magma kann seitlich wirbeln und fließen.

Die nächsten Schritte für die Forscher werden darin bestehen, ihre Modelle zu verfeinern, indem sie dreidimensionale Strömungen einbeziehen und unterschiedliche Flüssigkeitszusammensetzungen berücksichtigen. Sie hoffen, die für Vulkanausbrüche verantwortlichen Prozesse auf der Erde weiter entschlüsseln zu können und uns dabei zu helfen, uns künftig besser auf Naturkatastrophen vorzubereiten.